一种音频动态降噪方法、计算机可读存储介质和电子设备与流程

1.本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种音频动态降噪方法、计算机可读存储介质和电子设备。


背景技术：

2.现有技术中采集到的声音一般可以通过硬件或者软件进行处理，硬件处理是指通过高通、低通、带通滤波电路进行处理，但音频信号通过硬件电路处理后，依旧会存留一些干扰信号，仅仅通过硬件处理这些干扰信号所花费的成本会很高。
3.通过软件处理是指把音频的模拟信号转换成离散的数字信号后，利用算法把有效的音频信号提取出来，无效的音频信号压制消除，利用软件对音频信号进行处理时，往往由于音频信号的一些与无效信号很相似的有效信号即细节信号易被当成无效信号消除掉，造成音频信号突然出现或者突然消失，从而使声音不连贯产生截断感。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种音频动态降噪方法、设备和存储介质，以解决在音频信号处理后存在声音不够平滑连贯的技术问题。
5.第一方面，本发明了提供一种音频动态降噪方法，包括：
6.获取原始音频信号；
7.对所述原始音频信号进行信号特征的提取以获取特征音频信号；
8.通过音频动态降噪算法以及所述特征音频信号对所述原始音频信号进行消噪处理以获取有效音频信号，
9.所述消噪处理包括放大、保持以及压制所述原始音频信号；
10.输出有效音频信号。
11.第二方面，本技术还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述一种音频动态降噪方法。
12.第三方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有所述计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述的音频动态降噪方法的步骤。
13.在一实施例中，所述获取原始音频信号包括：
14.获取音频信号；
15.将所述音频信号转换为数字信号；
16.对所述数字信号进行去除直流基线处理以获取原始音频信号
17.在一实施例中，对所述原始音频信号进行信号特征的提取以获取特征音频信号。
18.进一步的，根据细节信号保留的需求和所述原始音频信号的信号特征确定第一预设特征值，所述第一预设特征值用于区分有效信号与无效信号。
19.进一步的，根据所述第一预设特征值、声音响度的需求和所述原始音频信号的信
号特征确定第二预设特征值。
20.进一步的，根据所述第一预设特征值区分的有效信号、无效信号和所述第二预设特征值确定特征音频信号。
21.进一步的，所述特征音频信号可分为：持续的无效信号、逐渐变大的有效信号、持续的较强的有效信号、持续的较弱的有效信号、逐渐变小的有效信号、有效信号与无效信号之间来回变化。
22.在一实施例中，所述通过音频动态降噪算法对所述特征音频信号进行消噪处理以获取有效音频信号，包括：
23.通过特征音频信号确定当前所述特征音频信号对应的消躁系数；
24.根据所述消躁系数以及样本叠加公式确定有效音频信号。
25.进一步的，所述消躁系数为：
26.将所述消躁系数记为k：
27.k＝k(x)
±
c(k》＝0)
28.其中k(x)为前一个信号的消噪系数，c为消噪系数幅度。
29.在所述k＝k(x)
±
c(k》＝0)的公式中，所述消噪系数幅度c的表达意义为：
30.当所述原始音频信号由无效信号转到有效信号时所述消噪系数k慢慢增大，即k＝k(x)+c(k》＝0)；
31.当所述原始音频信号由有效信号转到无效信号时所述消噪系数k慢慢减小，即k＝k(x)-c(k》＝0)。
32.进一步的，所述样本叠加公式为:
33.d＝d(t)*k；
34.d为消噪后的音频信号数据，d(t)为原始音频信号数据，k为所述消噪系数。
35.所述消噪系数k为变量，在所述样本数据叠加公式中所述消噪系数k表达意义为：
36.当k＝0时，压制消除所述原始音频信号；
37.当k》0且k《1时，压制缩小所述原始音频信号；
38.当k＝1时，所述原始音频信号保持不变；
39.当k》1时，放大所述原始音频信号。
40.进一步的，根据所述消躁系数以及样本叠加公式确定有效音频信号：
41.当所述特征音频信号为持续的无效信号时，k＝0即所述原始音频信号一直保持压制消除状态，输出的有效音频信号表现为信号幅度为0的一条直线；
42.当所述特征音频信号为逐渐变大的有效信号即由无效信号转到有效信号时，k＝k(x)+c即所述原始音频信号逐步放开压制，所述原始音频信号被慢慢还原，输出的有效音频信号表现为信号幅度慢慢变大的正弦信号；
43.当所述特征音频信号为持续的较强的有效信号时，k＝1即所述原始音频信号保持原状态，输出的有效音频信号的幅度与所述原始音频信号的幅度一致；
44.当所述特征音频信号为持续的较弱的有效信号时，需要对所述原始音频信号保持一定的放大，k＝k(x)+c＝n即所述原始音频信号放大n倍，输出的有效音频信号表现为放大n倍的所述原始音频信号；
45.当所述特征音频信号为逐渐变小的有效信号即由有效信号转到无效信号时，k＝k
(x)-c即所述原始音频信号逐步增加压制，所述原始音频信号被慢慢压制缩小，输出的有效音频信号表现为幅度慢慢变小的正弦信号；
46.当所述特征音频信号为有效信号与无效信号之间来回变化时，有效信号逐渐放大，k＝k(x)+c；无效信号逐渐压制缩小，k＝k(x)-c，k为在0-1之间来回变化的小数，输出的有效音频信号表现为幅度无规则变化的正弦信号。
47.其中，根据所述采集电路过滤和所述原始音频信号信号源决定是否对在有效信号与无效信号之间来回变化的所述原始音频信号进行放大，当所述采集电路电路上未做增溢放大处理或者所述原始音频信号的信号源本身信号比较弱时，所述音频动态降噪算法需要对所述原始音频信号中的有效信号进行提升放大。
48.在一实施例中，所述输出有效音频信号将有效音频信号输出至功放电路，用于播放有效音频信号。
49.与现有技术相比，本发明实施例公开的一种音频动态降噪方法能够低成本，灵活处理音频信号，将有效信号提取出来，把无效信号滤除外还要使声音听起来柔顺平滑，声音的细节信号能够完整的保留，噪音能够被消除，解决了在音频信号处理时一些有效信号易被当成无效信号消除，声音不够平滑连贯的问题。
附图说明
50.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进一步地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本技术一个实施例中音频动态降噪方法的流程示意图；
52.图2为本技术一个实施例中胎儿心率信号的信号特征图；
53.图3为本技术一个实施例中音频动态降噪算法的流程示意图；
54.图4为本技术实施例用于执行根据本技术实施例的音频动态降噪方法的电子设备内部图；
55.图5为本技术实施例的用于保存实现根据本技术实施例的音频动态降噪方法的程序代码的存储单元图。
具体实施方式
56.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
57.本发明提供一种音频动态降噪方法、设备和存储介质，用于解决在现有技术中，音频信号处理后存在声音不够平滑连贯的问题。
58.在一实施例中，所述音频动态降噪方法应用于多普勒胎心仪医疗设备，用于对胎儿心率音频进行消噪，采样频率为1khz。
59.参考附图1，附图1为本技术一个实施例中的音频动态降噪方法的流程示意图，以该方法应用于上述设备为例进行说明，包括以下步骤：
60.步骤s101，获取原始音频信号，包括：
61.获取音频信号；
62.将所述音频信号转换为数字信号；
63.对所述数字信号进行去除直流基线处理以获取原始音频信号。
64.在一实施例中，所述获取音频信号是通过adc(音频信号模数转换器)的采集电路进行胎儿心率音频信号的采集，并通过所述adc将采集到的胎儿心率音频模拟信号转换为数字信号。
65.其中，通过所述adc采集胎儿心率音频信号并将模拟信号转换为数字信号，由于所述adc采集进来的胎儿心率音频信号是直流信号，所述音频动态降噪方法所处理的信号为交流信号，因此需将所述adc采集到的胎儿心率音频信号进行去除直流基线，以得到所述原始胎儿心率信号。
66.步骤s102，对所述原始音频信号进行信号特征的提取以获取特征音频信号。
67.其中，所述信号特征包括：频率、幅度、平均值、时间，中的一种或多种。
68.根据所述信号特征结合所述原始音频信号，分析出所述特征音频信号可分为以下六类信号：持续的无效信号、逐渐变大的有效信号、持续的较强的有效信号、持续的较弱的有效信号、逐渐变小的有效信号、有效信号与无效信号之间来回变化。
69.在一实施例中，对所述原始胎儿心率信号进行信号特征的提取，提取所述原始胎儿心率信号的频率、幅度信号特征。
70.可选地，根据尽可能保留胎儿心率细节信号的需求以及所述原始音频信号的信号特征确定第一预设特征值：
71.当所述原始音频信号的幅度开始逐渐增大或者幅度明显变大时，取在原始音频信号的幅度开始逐渐增大或者幅度明显变大前，最大幅度的信号特征值为第一预设特征值。
72.所述第一预设特征值用于区分有效信号与无效信号：
73.当所述原始音频信号的幅度值大于第一预设特征值，为有效信号；当所述原始音频信号的幅度值小于第一预设特征值。
74.需说明的是，所述第一预设特征值可根据噪音信号的强弱进行调整：
75.当噪音信号强时，所述第一预设特征值取大一点的幅度值；
76.当噪音信号弱时，所述第一预设特征值取小一点的幅度值。
77.参考附图2，附图2为本技术一个实施例中胎儿心率信号的信号特征图，由此可知，所述无效信号具有频率高，振动幅度小的特点，所述有效信号具有频率低，振动幅度大的特点。
78.其中，附图2中的细节信号严格上属于有效信号，是从无声音到有声音、从有声音到无声音的过渡信号，细节信号的特性是逐渐变大或逐渐变小，或者加上一些外部干扰信号，细节信号变成在有效信号与无效信号分界线上下变动且逐渐变大或变小的信号。
79.可选地，根据所述第一预设特征值、需要大响度的胎儿心率需求和所述原始音频信号的信号特征确定第二预设特征值：
80.当有效信号的幅度保持大于第一特征值的幅度且幅度相差不大时，第二预设特征值为上述信号特征区间内最大幅度信号的特征值。
81.进一步地，根据所述第一预设特征值区分的有效信号、无效信号和所述第二预设特征值确定特征音频信号。
82.所述特征音频信号可分为：
83.当所述原始胎儿心率信号的特征表现为持续的高频率、小幅度的状态时，所述特征音频信号为持续的无效信号；
84.当所述原始胎儿心率信号的特征表现为频率逐渐降低，幅度逐渐增大的状态时，所述特征音频信号所述原始音频信号为逐渐变大的有效信号，所述原始胎儿心率信号即由无效信号转到有效信号；
85.当所述原始胎儿心率信号的特征表现为持续的低于第二预设频率、大于第二预设幅度的状态时，所述特征音频信号为持续的较强的有效信号；
86.当所述原始胎儿心率信号的特征表现为持续的高于第二预设频率、小于第二预设幅度的状态时，所述特征音频信号为持续的较弱的有效信号；
87.当所述原始胎儿心率信号的特征表现为频率逐渐增高，幅度逐渐减小的状态时，所述特征音频信号为有效信号逐渐变小，所述原始胎儿心率信号即由有效信号转到无效信号；
88.当所述原始胎儿心率信号的特征表现为短时间内频率、幅度变化较大的状态时，所述特征音频信号为有效信号与无效信号之间来回转换。
89.需要说明的是，第二预设频率以及第二预设幅度根据实验数据进行设定。
90.通过上述步骤，与现有技术相比，本技术所提出的技术方案能够最大程度区分出有效信号与无效信号，并能根据区分出的有效信号结合细节信号的特性，获取特征音频信号。
91.步骤s103，通过音频动态降噪算法以及所述特征音频信号对所述原始音频信号进行消噪处理以获取有效音频信号。
92.通过特征音频信号确定当前所述特征音频信号对应的消躁系数；
93.据所述消躁系数以及样本叠加公式确定有效音频信号。
94.可选地，在一实施例中，所述音频动态降噪方法应用于多普勒胎心仪医疗设备，胎儿心率的采样时无过多噪音，采样频率低，且有效信号与无效信号的界线明显，系数幅度c可定义为大一点的常数，即消噪系数幅度c＝0.2；
95.根据上述实施例，参考附图2，附图本技术一个实施例中音频动态降噪算法的流程示意图。
96.步骤s201:通过特征音频信号确定当前所述特征音频信号对应的消躁系数。
97.所述消躁系数k为：
98.k＝k(x)
±
0.2(k》＝0)
99.其中k(x)为前一个信号的消噪系数。
100.在所述k＝k(x)
±
0.2(k》＝0)的公式中，所述消噪系数幅度的表达意义为：
101.当所述原始音频信号由无效信号转到有效信号时所述消噪系数k慢慢增大，即k＝k(x)+0.2(k》＝0)；
102.当所述原始音频信号由有效信号转到无效信号时所述消噪系数k慢慢减小，即k＝k(x)-0.2(k》＝0)。
103.步骤202：据所述消躁系数以及样本叠加公式确定有效音频信号。
104.所述样本叠加公式为:
105.d＝d(t)*k；
106.d为消噪后的音频信号数据，d(t)为原始音频信号数据，k为所述消噪系数。
107.所述消噪系数k为变量，在所述样本数据叠加公式中所述消噪系数k表达意义为：
108.当k＝0时，压制消除所述原始音频信号；
109.当k》0且k《1时，压制缩小所述原始音频信号；
110.当k＝1时，所述原始音频信号保持不变；
111.当k》1时，放大所述原始音频信号。
112.在一实施例中，根据所述特征音频信号以及所述音频动态降噪算法对原始音频信号数据进行消噪处理，
113.所述消噪处理包括放大、保持以及压制所述原始音频信号：
114.当所述特征音频信号为持续的无效信号时，k＝0即所述d(t)数据一直保持压制消除状态，所述有效音频信号表现为信号幅度为0的一条直线；
115.当所述特征音频信号为逐渐变大的有效信号，即由无效信号转到有效信号时，k＝k(x)+0.2即所述d(t)数据逐步放开压制，原始音频信号被慢慢还原，输出的有效音频信号的幅度表现为信号幅度慢慢变大的正弦信号；
116.当所述特征音频信号为持续的较强的有效信号时，k＝1，保持所述d(t)数据即保留所述原始音频信号原状态，输出的有效音频信号的幅度与所述原始音频信号保持一致；
117.当所述特征音频信号为持续的较弱的有效信号时，需要对所述原始音频信号保持一定的放大，k＝k(x)+0.2＝n即所述d(t)数据放大n倍，；
118.当所述特征音频信号为逐渐变小的有效信号即由有效信号转到无效信号时，k＝k(x)-0.2即所述d(t)数据逐步增加压制，输出的有效音频信号表现为放大n倍的所述原始音频信号；
119.当所述特征音频信号为有效信号与无效信号之间来回转换时，所述原始音频信号为有效信号时要对所述d(t)数据放开压制，所述原始音频信号为无效信号时要对所述d(t)数据压制缩小，即k＝k(x)
±
0.2，k为在0-1之间来回变化的小数。
120.可选地，在一实施例中，根据所述较弱的有效信号与所述持续的较强的有效信号的信号特征，相应放大1.2倍(n＝1.2)，以使得输出的有效音频信号清晰完整。
121.可选地，在一实施例中，根据所述adc的采集电路和所述原始音频信号的信号源决定是否对所述特征音频信号为有效信号与无效信号之间来回转换中的有效信号进行放大处理。
122.可选地，当所述adc的采集电路上未做增益放大处理或者所述原始音频信号的信号源本身信号比较弱时，所述音频动态降噪算法需要对所述有效信号进行提升放大。
123.在一实施例中，音频动态降噪方法实际应用于胎心监护场景，胎心信号是一个非常微弱的信号，为了更好处理音频信号，因此需要将音频信号进行提升放大再做处理。
124.通过上述步骤，与现有技术相比，本技术所提出的技术方案根据所区分的特征音频信号进行相应的音频信号处理，能够最大程度保留细节信号，使得声音平滑连贯。
125.步骤s104，输出有效音频信号。
126.在一实施例中，所述输出有效音频信号将所述有效音频信号输出至功放电路，用于接收处理好的胎儿心率的有效音频信号并输出胎儿心率音频。
127.可选地，通过喇叭、耳机或音响等播放设备连接至功放电路，用于播放处理好的胎儿心率音频。
128.参考附图4所示，本技术实施例提供的一种电子设备10的结构框图。本技术中的电子设备10可以包括一个或多个如下部件：处理器11、存储器12以及以及存储在所述存储器12中并可在所述处理器11上运行的一个或多个计算机程序，所述处理器11执行所述计算机程序时实现上述音频动态降噪方法实施例中的步骤，例如附图1中所示的步骤s101～s104。
129.其中，处理器11可以包括一个或者多个处理核。处理器11利用各种接口和线路连接整个电子设备10的各个部分，通过运行或执行存储在存储器12内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器12内的数据，执行电子设备10的各种功能和处理数据。
130.可选地，所述电子设备10可以是mcu、计算机及云端服务器等处理设备。所述电子设备10可包括，但不仅限于，处理器11、存储器12。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是电子设备10的示例，并不构成对电子设备10的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
131.参考附图5所示，本技术实施例提供的一种计算机可读存储介质20。该计算机可读存储介质20中存储有计算机程序21，所述计算机程序可被所述处理器11调用执行上述方法实施例中所描述的方法。
132.计算机可读存储介质20可以是诸如闪存、eeprom(可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质20包括非易失性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。计算机可读存储介质20具有执行所述音频动态降噪方法的任何方法步骤的计算机程序的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。
133.与现有技术相比，本发明公开了一种音频动态降噪方法、计算机可读存储介质和电子设备能够低成本，灵活处理音频信号，将有效信号提取出来，把无效信号滤除并使得声音听起来柔顺平滑，声音的细节信号能够完整的保留，噪音能够被消除，解决了在音频信号处理时一些有效信号易被当成无效信号消除，声音不够平滑连贯的问题。
134.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，并非对本技术进行限制；虽然实施例对本技术进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改和替换，这些修改和替换也为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种音频动态降噪方法，其特征在于，所述音频动态降噪方法包括：获取原始音频信号；对所述原始音频信号进行信号特征的提取以获取特征音频信号；通过音频动态降噪算法以及所述特征音频信号对所述原始音频信号进行消噪处理以获取有效音频信号，所述消噪处理包括放大、保持以及压制所述原始音频信号；输出有效音频信号。2.根据权利要求1中所述的一种音频动态降噪方法，其特征在于，所述获取原始音频信号的步骤包括：获取音频信号；将所述音频信号转换为数字信号；对所述数字信号进行去除直流基线处理以获取原始音频信号。3.根据权利要求1中所述的一种音频动态降噪方法，其特征在于，所述信号特征包括频率、幅度、平均值、时间、中的一种或多种。4.根据权利要求1中所述的一种音频动态降噪方法，其特征在于，所述获取特征音频信号为：持续的无效信号、逐渐变大的有效信号、持续的较强的有效信号、持续的较弱的有效信号、逐渐变小的有效信号、有效信号与无效信号之间来回变化。5.根据权利要求1中所述的一种音频动态降噪方法，其特征在于，所述通过音频动态降噪算法对所述特征音频信号进行消噪处理以获取有效音频信号的步骤包括：通过特征音频信号确定当前所述特征音频信号对应的消躁系数；根据所述消躁系数以及样本叠加公式确定有效音频信号。6.根据权利要求1中所述的一种音频动态降噪方法，其特征在于，所述消躁系数为：将所述消躁系数记为k：k＝k(x)
±
c(k>＝0)其中k(x)为前一个信号的消噪系数，c为消噪系数幅度。7.根据权利要求1中所述的一种音频动态降噪方法，其特征在于，所述样本叠加公式为:d＝d(t)*k；d为消噪后的音频信号数据，d(t)为原始音频信号数据，k为所述消噪系数。8.根据权利要求1中所述的一种音频动态降噪方法，其特征在于，通过音频动态降噪算法以及所述特征音频信号对所述原始音频信号进行消噪处理以获取有效音频信号：所述原始音频信号为持续的无效信号时，k＝0，压制消除所述原始音频信号；所述原始音频信号为逐渐变大的有效信号时，k＝k(x)+c，逐步放开压制所述原始音频信号；当所述特征音频信号为持续的较强的有效信号时，k＝1,所述原始音频信号保持原状态；当所述特征音频信号为持续的较弱的有效信号时，k＝k(x)+c＝n,n倍放大所述原始音频信号；当所述特征音频信号为逐渐变小的有效信号时，k＝k(x)-c，压制缩小所述原始音频信
号；当所述特征音频信号为有效信号与无效信号之间来回变化时，k＝k(x)
±
c，放大所述原始音频信号的有效信号，压制所述原始音频信号的无效信号。9.一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行如权利要求1至8中任一项所述的一种音频动态降噪方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至8中任意一项所述的音频动态降噪方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种音频动态降噪方法、计算机可读存储介质和电子设备，包括：获取原始音频信号；对所述原始音频信号进行信号特征的提取以获取特征音频信号；通过音频动态降噪算法对所述特征音频信号进行消噪处理以获取有效音频信号，所述消噪处理包括放大、保持以及压制所述原始音频信号；输出有效音频信号。本发明提供的一种音频动态降噪方法、计算机可读存储介质和电子设备能够动态处理音频信号，将有效信号提取出来，把无效信号滤除并使得声音听起来柔顺平滑，声音的细节信号能够完整的保留。留。留。


技术研发人员：王利明
受保护的技术使用者：深圳市捷美瑞科技有限公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/8/5